Амплитрон (платинотрон)

Рисунок 6 – Схема амплитрона

Пространство взаимодействия образуется между катодом 1 и анодным блоком 2. 3 – резонаторы, соединенные через один связками 3. 4 и 5 – вход и выход митрона.

Основное отличие амплитрона от магнетрона – замедляющая система его не замкнула, что делает невозможным существование в нем отдельных видов колебаний. Амплитроны обладают высокой выходной мощностью (до 500кВт в импульсе), КПД около 70-80%, достаточно плоской АЧХ.

16. Гирорезонансные приборы. Гиротрон – источник мощного излучения в мм диапазоне. Принцип действия. Типовые конструкции. Параметры.

В гирорезонансых приборах электронный поток вращается в плоскости, перпендикулярной направлению поступательного движения, соответственно, он эффективно взаимодействует с поперечными составляющими напряженности электрического поля. Этот факт позволяет применять в приборах с электромагнитным полем в виде стоячей волны в качестве электродинамических систем открытые резонаторы. Для приборов с бегущей электромагнитной волной - гладкие волноводные системы. Линейные размеры таких систем могут составлять несколько длин волн генерируемых колебаний, что обеспечивает практическую возможность создания мощных приборов для коротковолновой части микроволнового диапазона.

Ниже представлены конструкции основных гирорезонансных приборов – гиротрона и гирокона.

Рисунок 1 – Устройство гиротрона и распределение магнитного поля по его оси

Рисунок 2 – Устройство гирокона

На рисунке 1 (устройство гиротрона) изображены:

1 – Катодный электрод, 2, 3 – аноды, открытый резонатор 4, 5 – переход на выходной волновод 6, являющийся коллектором, 7 – вакуумное окно, 8 – внешний волновод. 9, 10 – основной и вспомогательный соленоиды для создания магнитного поля. 11 – керамические изоляторы вакуумной оболочки гиротрона, 12 – система жидкостного охлаждения.

Электроны в гиротроне движутся по спиральной траектории, электронный поток полый. Открытый резонатор, используемый в гиротроне цилиндрический, зачастую в качестве рабочей волны используется волна

В однородном статическом магнитном поле электрон движется по спиральное траектории, имеет место скорость поступательного движения и вращательного движения . Радиус траектории электрона . Период оборота . Отсюда циклотронная частота .

Теперь включим достаточно слабое электрическое поле , не влияющее на траекторию электронов в течение нескольких циклотронных периодов. Взаимодействие потока электронов будет упорядоченным, если  = _с. Предположим, что скорость поступательного движения много меньше вращательной скорости и электроны движутся практически по круговой орбите.

Рисунок 3 – Движение электрона в поперечном электрическом поле

Если электрон, перемещающийся из точки А в точку В в течение будет двигаться в направлении, противоположном полю (по нижней половине окружности), он будет тормозиться полем, значит, будет происходить отбор энергии. Аналогичный процесс будет происходить и при движении электрона по верхней половине окружности из точки В в точку А.

Электронный КПД определяется выражением , , - кинетическая энергия вращательного движения электронов на входе в резонатор, - на выходе из него. Значит . Начальная кинетическая энергия вращательного движения электронов определяется выражением . Так как все электроны на входе в резонатор имеют одинаковую энергию . На выходе из резонатора . Тогда . - средний квадрат скорости электронов на выходе из резонатора. Тогда: . Полный электронный КПД, учитывающий продольную скорость, определяется выражением: .

Полный КПД определяется произведением электронного КПД на КПД резонатора . КПД резонатора можно определить как ( - нагруженная добротность, - внешняя добротность, - собственная добротность).

Современные мощные гиротроны имеют КПД 40-50%, диапазон рабочих частот 30-170ГГц, выходную мощность от 1 кВт до 1—2 МВт в импульсе длительностью до тысячи секунды.